Électromagnétisme (partie II) : physique 6e secondaire

Un courant induit apparaît dans un circuit quand le flux magnétique qui le traverse varie. La tension induite est d'autant plus grande que la variation est rapide, et le courant induit s'oppose à la cause qui le produit : c'est la loi de Lenz.

Partie II de l'UAA6, en 6e selon le SeGEC : courants induits et transformateurs. Ses clarifications l'insèrent dans l'UAA7, avant les ondes électromagnétiques. Programme de sciences générales non consulté.

Flux magnétique et courants induits

À connaître

• flux magnétique : $\Phi = B \cdot S \cdot \cos\alpha$, en $\mathrm{Wb}$
• loi de Faraday pour $N$ spires : $e = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$

Méthodes

• Flux magnétique. Champ fois surface fois cosinus de l'angle entre le champ et la normale à la surface.
• Loi de Faraday. La tension induite est la variation de flux divisée par la durée, multipliée par le nombre de spires.
• Loi de Lenz. Le courant induit crée un champ qui s'oppose à la variation de flux.

Exercices types

• Une bobine de 200 spires et de 10 cm² est placée perpendiculairement à un champ qui passe de 0,50 T à 0 en 0,10 s. Calcule la tension induite moyenne.
• On approche le pôle nord d'un aimant d'une bobine. Quel pôle apparaît sur la face de la bobine tournée vers l'aimant, et pourquoi ?
• Explique le freinage d'un disque métallique par les courants de Foucault.

Alternateur et transformateur

Une bobine qui tourne dans un champ magnétique produit une tension alternative sinusoïdale. Le transformateur élève ou abaisse une tension alternative selon le rapport des nombres de spires. On transporte l'électricité sous haute tension pour réduire les pertes par effet Joule.

À connaître

• transformateur : $\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1}$ ; s'il est idéal : $U_1 I_1 = U_2 I_2$
• valeur efficace : $U_\text{eff} = \frac{U_\text{max}}{\sqrt{2}}$
• pertes dans une ligne : $P_\text{pertes} = R \cdot I^2$

Méthodes

• Alternateur. La rotation fait varier le flux ; la tension change de signe deux fois par tour.
• Transformateur. Le rapport des tensions égale le rapport des nombres de spires ; il ne fonctionne qu'en alternatif.
• Transport sous haute tension. À puissance égale, une tension plus haute donne un courant plus faible et moins de pertes.

Exercices types

• Un transformateur branché sur 230 V doit fournir 12 V. Son primaire compte 1150 spires. Combien de spires faut-il au secondaire ?
• Une ligne de 5,0 Ω transporte une puissance de 1,0 MW. Compare les pertes sous 10 kV et sous 400 kV.
• La tension du secteur a une valeur efficace de 230 V. Calcule sa valeur maximale.

Autres chapitres de 6e

• Oscillations et ondes
• Sources d'énergie, de l'atome à l'éolienne
• Matière et énergie
• La Terre et le cosmos

Les chapitres de 5e secondaire